原位XAFS/SAXS研究液相合成半导体纳米材料的生长机制

Studying the growth mechanism of nanomaterials is an important prerequisite for preparing nanomaterials with specific structures and functions，which plays a vital role in the development and application of nanomaterials. The growth mechanism of zinc sulphide, which is one of the optimum electroluminescent matrix, is still not clear. This research project will focus on carrying out a second， even millisecond time-resolved study, with the help of two set of homemade in-situ equipments, on the solution-based synthesis of ZnS, CuS semiconductor nanomaterials by using synchrotron radiation XAFS and SAXS technologies. In-situ XAFS technique is employed to monitor the variations of the atomic local structure and electronic structure in the growing process. In-situ SAXS technique is accepted to track the evolution mode of the particle size and shape after nucleation. We can acquire the detail growing information, including nucleation pathway, growth mode, growth rate et al, which can't be obtained from traditional experiments. Combining with the effects of the experimental conditions on the terminal cluster, the growth mode and growth mechanism of nanomaterials will be proposed, which will lay a solid foundation for controllable preparation.

纳米材料生长机制的研究是实现纳米材料可控制备的重要前提，对我国纳米材料的发展和应用都起着关键作用。硫化锌（ZnS）作为目前电致发光的最佳基质之一，其液相合成的本质机理仍不清楚。本项目将通过两套自制的原位测量装置，利用同步辐射XAFS和SAXS技术在秒量级甚至毫秒量级时间分辨尺度上实时跟踪ZnS等半导体纳米粒子的形成过程，通过研究原子近邻配位结构、电子结构、粒子尺寸与形状等随反应时间的演化过程，获得ZnS等纳米粒子成核路径、生长方式、生长速度等传统实验无法企及的生长信息。结合实验参数对最终产物的影响，建立纳米粒子的生长模型，探索纳米粒子的生长机制，为制备具有特定尺寸和形状的纳米粒子提供理论和实验依据。

纳米材料生长机制的研究对纳米材料可控制备具有重要意义。虽然传统实验制备了具有多种尺寸和形貌的纳米粒子，但因缺乏相应的配套设备和研究手段，从而在纳米粒子合成过程的跟踪研究较少。我们提出依托同步辐射技术研究硫化锌纳米粒子的生长行为。首先，我们在研究多种实验因素对硫化锌粒子影响规律的基础上，掌握了制备多种粒径且单分散性良好的球形硫化锌粒子的生长工艺。其次，我们根据硫化锌的合成条件和北京同步辐射光源参数设计了两套原位测量设备，即持续流动装置和可变温液体样品槽，这两套设备的温度均可在5–95°C内调节。持续流动装置的时间分辨能力在0.01-1.0秒内可调，并利用自制的缓冲器抑制了蠕动脉冲的不良影响。这两套设备的配合使用，满足了硫化锌纳米粒子的生长初期到结束的原位跟踪的实验需求。最后，利用同步辐射技术及动态光散射、紫外可见光谱等手段，研究了硫化锌颗粒在多种条件下尺寸、粒子数等随时间的演化行为，并根据相关公式拟合提出以Ostwald主导方式的生长方式